反渗透膜结垢污染的控制与清洗.pdf
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1、CleaningWorld2023年7 月实用技术第39 卷第7 期世洗清清界文章编号:16 7 1-8 9 0 9(2 0 2 3)7-0 0 0 9-0 0 4反渗透膜结垢污染的控制与清洗郭永晖,刘超,朱列平,赵杰,李永国(蓝星东丽膜科技(北京)有限公司,北京101318)摘要:为了提高反渗透膜结垢污染的清洗效果,文章系统阐述了反渗透膜运行过程中常见结垢污染的形成机理及影响因素,对反渗透系统中几种常见结垢污染(碳酸钙、硫酸钙、氟化钙、柠檬酸钙及草酸钙)的形成原因、影响因素、污染特征、预防及控制措施、清洗方法及注意事项等进行了总结和详细说明,以及对反渗透系统的运行维护提出了建议。关键词:反渗
2、透膜;结垢;污染;化学清洗;运行维护中图分类号:X703文献标识码:A0引言反渗透(RO)水处理技术目前已广泛应用到工业纯水生产、污废水回用、化工生产、市政饮用水及污水回用等领域。由于不同水源、不同预处理工艺及运行维护情况的差异,RO膜在使用过程中存在很多问题,特别是北方地区因原水中硬度较高,RO膜经常发生结垢污染,造成系统无法稳定运行。本文将着重阐述RO系统不同结垢污染产生的原因,以及预防和清洗方法。1结垢机理当某些难溶盐在RO膜内长期不断累积并被逐渐浓缩,逐步超过了其溶度积值时就会在RO膜表面上结晶析出而易产生结垢。反渗透常见的结垢物主要有碳酸钙、CaSO4、Si O,及其难溶盐,特殊水质
3、也可能会存在BaSO4、Sr SO 4、C a F,结垢,化学清洗时还可能会存在柠檬酸钙、草酸钙结垢。RO系统运行过程中,由于RO膜的选择透过性,水透过膜而大部分盐离子被截留,同时在浓水侧的膜表面形成了盐浓度的梯度变化,越靠近膜表面盐浓度越高,这种现象称为浓差极化。影响浓差极化程度的因素主要有给水水质(如盐浓度、无机盐组成、pH等)、系统参数(如压力、流速、温度、回收率等)、RO膜性能(如脱盐率、产水量)等。2结垢类型2.1碳酸钙结垢对于总溶解性固体(TDS)含量10 0 0 0 mg/L的苦咸水,朗格利尔指数(LSI)可作为表征碳酸钙结垢可能性的指标,计算方法如式(1)。LSI=pHc-pH
4、s(1)式中,pHc为浓水pH值,pHs为碳酸钙饱和时的pH值;当LSIO,就会出现碳酸钙结垢。控制碳酸钙结垢的条件为:当LSI2.0时,加酸至LSI达1.8 2.0,然后再投加阻垢剂,或完全采用化学软化可有效防止结垢。对于TDS10000mg/L的高盐度苦咸水或海水水源,常用斯蒂夫和大卫饱和指数(S&DSI)作为表征碳酸钙结垢可能性的指标,计算方法如式(2)。S&DSI=pHc-pHs(2)式中,pHc为浓水pH值,pHs为碳酸钙饱和时的pH值;当S&DSIO,就会出现碳酸钙结垢。大多数天然高含盐量水源未经处理时,S&DSI一般是正值,为了防止碳酸钙结垢,必须通过加酸使其负值,或通过投加阻垢
5、剂防止生成碳酸钙沉淀。预防碳酸钙结垢首先需要进行原水水质调查,主要调查原水的碱度和硬度,判断浓水会不会出现作者简介:郭永晖(19 7 0-),男,工程师,本科学历,研究方向:膜法水处理技术的应用收稿日期:2 0 2 3-0 1-11。.10.第7 期清洗世界碳酸盐结垢。如预计会出现碳酸盐结垢,硬度过高则预处理工艺需要增加软化工艺(石灰软化,石灰一纯碱软化,树脂软化),或者在反渗透进水投加酸、阻垢剂。实际运行中根据运行数据判定碳酸钙结垢,如水质检测结果显示进水碱度、硬度较高;运行数据显示二段压差较大、产水量降低、二段产水电导升高较多;系统特别是二段酸洗后系统性能恢复明显;拆开压力容器端盖后,特别
6、是末端最后一支膜元件表面有白色或淡黄色无机垢,可被酸溶解。发生碳酸钙结垢(如图1)后一般进行酸洗,建议用盐酸。如结垢很严重,清洗时注意:酸洗溶液pH3;低流量循环溶解,严禁大流量循环;及时补充酸,保持清洗液pH。酸洗过强会造成剧烈反应,脱盐层因局部气压过高而产生不可逆损伤,如大流量循环则会造成垢体松脱,堆积到后端膜元件,进而造成脱盐层划伤。化学清洗后反渗透进水须提高酸或阻垢剂的投加量,如酸和阻垢剂仍无法缓解碳酸钙结垢问题,则须增加预处理软化工艺(石灰软化,石灰-一纯碱软化,树脂软化等)。NONELEI5.0kVX100100umWD8.0mm图1电子显微镜下碳酸钙结垢图像2.2硫酸盐结垢硫酸盐
7、垢是一种较硬的无机盐垢,RO系统中比较常见的是硫酸钙、硫酸钡和硫酸锶,同时也是一种非常难以清洗的RO结垢物。如果不能在结垢初期发现,RO膜系统性能能够恢复的可能性极低,因此预防硫酸盐结垢极其重要。预防硫酸盐结垢可在预处理阶段采用除硬工艺如树脂软化、石灰或石灰一纯碱软化等去除进水中的硬度,或在RO进水中投加合适的阻垢剂,或降低RO系统回收率以降低浓水中结垢离子的浓度,也可在运行中定期用RO产水对装置进行停车冲洗。实际运行过程中常采用多种方法相结合的措施来避免或降低出现硫酸盐结垢的现象硫酸钡是所有碱土金属中溶解性最低的盐类,在RO进水中钡含量极低时也会导致浓水中产生硫酸钡结垢,而且对硫酸钙和硫酸锶
8、垢的形成起促进作用。一般在天然水体中,海水中的钡极限浓度为15g/L,苦咸水中钡的极限浓度为5g/L,当前面加入硫酸的话,则应小于2 g/L。硫酸钡和硫酸锶的结垢物基本无法通过化学清洗去除,因此如何预防其产生结垢及其重要硫酸钙(如图2)属于微溶物质,几乎在所有的RO清洗溶液中都难以溶解。RO系统如发生硫酸盐结垢时,其运行特征如下:初期恒压运行条件下,产水量稍微降低,脱盐率明显下降,压差基本不变;恒产水量运行条件下,进水压力稍微升高,脱盐率明显下降,压差基本不变;中后期产水量快速下降,脱盐率快速下降,二段压差升高。0.2mm图2电子显微镜下硫酸钙结垢图像通过化学清洗时的一些现象也能判定RO膜是否
9、发生了硫酸钙结垢。硫酸钙结垢的化学清洗特征:(1)标准性能测试过程中,测试液的电导率升高,是因为有部分硫酸钙溶解到盐溶液中;(2)标准性能测试后,膜元件重量减轻,是因为冲洗能去除部分硫酸钙;(3)即使化学清洗至膜元件重量几乎与新膜相同,压差很小时,产水量、脱盐率仍很低。硫酸钙垢清洗的影响因素主要有:(1)温度。CaSO4溶解度不大,其溶解度随温度的升高,呈特殊的先升高后降低趋势,综合RO膜元件的耐受温11郭永晖等.反渗的控制与清洗第3 9 卷度,建议最佳清洗温度为40;(2)pH。化学清洗时可采用酸洗用于去除碳酸盐,因为垢中常夹杂碳酸盐垢。碱洗目的是洗去有机物,即通过高pH值下对膜元件浓水侧的
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